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Forschungsgebiete

Hardware-Architekturen für adaptive Rechner

Die eng verzahnte Zusammenarbeit von rekonfigurierbaren Hardware-Beschleunigern mit der CPU in adaptiven Rechensystemen stellt besondere Anforderungen an die Kommunikation. Einerseits erfordert der Austausch von aktiven Variablen zur Übergabe von Parametern zwischen Hardware-Beschleunbiger und Software auf der CPU eine geringe Latenz. Andererseits benötigen die Beschleuniger für eine effektive und effiziente Auslastung meist eine hohe Speicherbandbreite. Beides kann nicht mehr durch Standard-Busse erreicht werden. Passend zu neuen Architekturen muss auch ein neues HW/SW-Ausführungsmodell gefunden werden, um z.B. einen schnellen, transparenten Austausch von Zeigern auf beliebige, von Hardware und Software gemeinsam verwendete Datenstrukturen und somit effizientes gemeinsames Rechnen auf beliebigen Bereichen des Hauptspeichers zu ermöglichen. Dies ist insbesondere im Umfeld moderner Betriebssysteme mit virtuellem Speichermanagement essenziell.

Einbindung komplexer IP-Blöcke in automatisch generierte Datenpfade

Um dem Compiler für adaptive Rechensysteme “COMRADE” den Zugriff auf den reichen Fundus von wiederverwendbaren Hardware-Blöcken (Intellectual Property cores, IP) zu ermöglichen, muss eine Abstraktion ihrer Schnittstellen und Funktionalitäten gefunden werden. Dies ist noch aus einem weiteren Grund sinnvoll: Extrem hohe Anforderungen an die Hardware-Qualität können die manuelle Optimierung eines Blockes erforderlich machen. Diese Vorgehensweise ähnelt der im Software-Bereich praktizierten Einbindung von handoptimierten Assembler-Fragmenten in größere C-Programme. In beiden Fällen muss die existierende Hardware mit dem automatisch generierten Datenpfad integriert werden. Die Schnittstellensemantiken und Funktionalitäten der IP-Blöcke werden in Transaktionen abstrahiert, welche wiederum als normale Funktionsaufrufe in C eingebunden werden. Das für dieses Vorgehen erforderliche Management komplexer IP- und Plattformkonfigurationen mit großen Parametermengen ist ebenso Gegenstand der Forschung.

Gerade im Hinblick auf die zur Zeit entstehenden heterogen System-on-Chip-Architekturen kann mit den zu erstellenden Methoden und Werkzeugen die Integration verschiedener Komponenten, gleich ob manuell oder automatisch erstellt, stark vereinfacht werden. Die Ergebnisse sind nicht nur für rekonfigurierbare Rechensysteme, sondern auch für Systemintegration im Allgemeinen verwendbar.

Lebenslauf

1994-2001

Studium der Informatik an der TU Braunschweig mit den Schwerpunkten Entwurf integrierter Schaltungen, Verteilte Systeme und Hochleistungskommunikation, Medizinische Informatik sowie Kommunikationsnetze
2001

Diplom in Informatik (TU Braunschweig, E.I.S.)
2001-2003

Design Methodology Engineer bei sci-worx GmbH, Braunschweig
2003-2005

Wissenschaftlicher Mitarbeiter der Abteilung Entwurf integrierter Schaltungen (E.I.S.) der TU Braunschweig
seit 2005

Wissenschaftlicher Mitarbeiter der Fachgruppe Eingebettete Systeme und ihre Anwendungen (ESA)
2011

Promotion zum Dr.-Ing. mit Auszeichnung (TU Darmstadt, ESA)

Publications

Janda, O., Liebig, B., Lange, H., Konigorski, U., and Koch, A. (2011). Design and Hardware Implementation of a Controller for Active Damping of a Smart Structure. In Proc. 14th Intl. Adaptronic Congress.
Preprint

Bibtex

@inproceedings{janda2011dhicadss,
  title = {Design and Hardware Implementation of a Controller for Active Damping of a Smart Structure},
  author = {Janda, O. and Liebig, Björn and Lange, Holger and Konigorski, U. and Koch, Andreas},
  booktitle = {Proc. 14th Intl. Adaptronic Congress},
  year = {2011}
}

Lange, H. (2011). Reconfigurable Computing Platforms and Target System Architectures for Automatic HW/SW Compilation (Dissertation/Doctoral Thesis) (dissertation). Tech. Univ. Darmstadt (Germany).
Preprint

Bibtex

@phdthesis{lange2011diss,
  type = {dissertation},
  title = {Reconfigurable Computing Platforms and Target System Architectures for Automatic HW/SW Compilation (Dissertation/Doctoral Thesis)},
  author = {Lange, Holger},
  school = {Tech. Univ. Darmstadt (Germany)},
  year = {2011},
  organization = {Tech. Univ. Darmstadt (Germany)},
  preprint = {http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/2560}
}

Lange, H., Wink, T., and Koch, A. (2011). MARC II: A Parametrized Speculative Multi-Ported Memory Subsystem for Reconfigurable Computers. In ACM Proc. Design, Automation, and Test in Europe (DATE). ACM.
Preprint

Bibtex

@inproceedings{lange2011marciiapsmpmsrc,
  title = {MARC II: A Parametrized Speculative Multi-Ported Memory Subsystem for Reconfigurable Computers},
  author = {Lange, Holger and Wink, Thorsten and Koch, Andreas},
  booktitle = {ACM Proc. Design, Automation, and Test in Europe (DATE)},
  year = {2011},
  organization = {ACM}
}

Lange, H., and Koch, A. (2010). Architectures and Execution Models for Hardware/Software Compilation and their System-Level Realization. In IEEE Transactions on Computers pp. 1363-1377. IEEE.
Preprint

Bibtex

@inproceedings{lange2010aemhscslr,
  title = {Architectures and Execution Models for Hardware/Software Compilation and their System-Level Realization},
  author = {Lange, Holger and Koch, Andreas},
  booktitle = {IEEE Transactions on Computers pp. 1363-1377},
  year = {2010},
  organization = {IEEE}
}

Lange, H., Stock, F., Koch, A., and Hildenbrand, D. (2009). Acceleration and Energy Efficiency of a Geometric Algebra Computation using Reconfigurable Computers and GPUs. In IEEE Seventeenth Annual Symposium on Field-Programmable Custom Computing Machines (FCCM). IEEE.
Preprint

Bibtex

@inproceedings{lange2009aeegacrcgpu,
  title = {Acceleration and Energy Efficiency of a Geometric Algebra Computation using Reconfigurable Computers and GPUs},
  author = {Lange, Holger and Stock, Florian and Koch, Andreas and Hildenbrand, D.},
  booktitle = {IEEE Seventeenth Annual Symposium on Field-Programmable Custom Computing Machines (FCCM)},
  year = {2009},
  organization = {IEEE}
}

Lange, H., and Koch, A. (2008). Low-Latency High-Bandwidth HW/SW Communication in a Virtual Memory Environment. In IEEE Intl. Conf. on Field Programmable Logic and Applications (FPL). IEEE.
Preprint

Bibtex

@inproceedings{lange2008llhbhwswcvme,
  title = {Low-Latency High-Bandwidth HW/SW Communication in a Virtual Memory Environment},
  author = {Lange, Holger and Koch, Andreas},
  booktitle = {IEEE Intl. Conf. on Field Programmable Logic and Applications (FPL)},
  year = {2008},
  organization = {IEEE}
}

Hildenbrand, D., Lange, H., Stock, F., and Koch, A. (2008). Efficient Inverse Kinematics Algorithm based on Conformal Geometric Algebra Using Reconfigurable Hardware. In Intl. Conf. on Computer Graphics Theory and Applications (GRAPP). GRAPP.
Preprint

Bibtex

@inproceedings{hildenbrand2008eikacgaurh,
  title = {Efficient Inverse Kinematics Algorithm based on Conformal Geometric Algebra Using Reconfigurable Hardware},
  author = {Hildenbrand, D. and Lange, Holger and Stock, Florian and Koch, Andreas},
  booktitle = {Intl. Conf. on Computer Graphics Theory and Applications (GRAPP)},
  year = {2008},
  organization = {GRAPP}
}

Lange, H., and Koch, A. (2007). An Execution Model for Hardware/Software Compilation and its System-Level Realization. In IEEE Intl. Conf. on Field Programmable Logic and Applications (FPL). IEEE.
Preprint

Bibtex

@inproceedings{lange2007aemhscslr,
  title = {An Execution Model for Hardware/Software Compilation and its System-Level Realization},
  author = {Lange, Holger and Koch, Andreas},
  booktitle = {IEEE Intl. Conf. on Field Programmable Logic and Applications (FPL)},
  year = {2007},
  organization = {IEEE}
}

Lange, H., and Koch, A. (2007). Design and System Level Evaluation of a High Performance Memory System for reconfigurable SoC Platforms. In Proc. HiPEAC Workshop on Reconfigurable Computing. HiPEAC.
Preprint

Bibtex

@inproceedings{lange2007dslehpmsscp,
  title = {Design and System Level Evaluation of a High Performance Memory System for reconfigurable SoC Platforms},
  author = {Lange, Holger and Koch, Andreas},
  booktitle = {Proc. HiPEAC Workshop on Reconfigurable Computing},
  year = {2007},
  organization = {HiPEAC}
}

Lange, H., and Koch, A. (2000). Memory Access Schemes for Configurable Processors. In LNCS Intl. Workshop on Field-Programmable Logic and Applications. LNCS.
Preprint

Bibtex

@inproceedings{koch2000mascp,
  title = {Memory Access Schemes for Configurable Processors},
  author = {Lange, Holger and Koch, Andreas},
  booktitle = {LNCS Intl. Workshop on Field-Programmable Logic and Applications},
  year = {2000},
  organization = {LNCS}
}